Исследователи из Великобритании разработали инновационные алюминиевые зеркала для телескопов CubeSat, напечатанные на 3D-принтере. Эта технология позволяет значительно снизить вес компонентов, что критически важно для малых космических аппаратов, где каждый грамм имеет значение для увеличения полезной нагрузки и снижения стоимости запуска.
Новая конструкция зеркала имеет кольцевую форму с внешним диаметром 84 мм и внутренним диаметром 32 мм. Внутренняя структура выполнена по принципу «split-p internal lattice», напоминающему соты, что повышает прочность при одновременном существенном снижении веса. Моделирование методом конечных элементов (FEA) показало потенциальное снижение веса примерно на 56%, что близко к цели проекта — снижению массы на 60% по сравнению с традиционными конструкциями зеркал.
Для производства использовался алюминиевый сплав AlSi10Mg по технологии лазерного спекания порошка (LPBF). После печати зеркала подвергались горячему изостатическому прессованию (HIP) для уменьшения внутренней пористости и повышения прочности, а затем алмазной проточке для достижения необходимого качества отражающей поверхности. Несмотря на то, что рентгеновская компьютерная томография выявила незначительные поры, особенно по периметру, шероховатость поверхности осталась ниже 8 нм. Процесс HIP, хотя и улучшил прочность, привел к небольшому увеличению шероховатости поверхности и, как следствие, к увеличению общего рассеяния света.
Дальнейшие исследования планируются для нанесения хромового оптического покрытия с целью улучшения качества поверхности и проведения испытаний на термическую гибкость для оценки производительности в условиях, имитирующих космические. Растущий спрос на экономически эффективные, прочные и легкие зеркала является движущей силой этих исследований, позиционируя их как критически важное достижение для развивающейся области оптики CubeSat.
Применение аддитивного производства, или 3D-печати, для создания таких специализированных компонентов является значительным шагом вперед. Технология LPBF позволяет создавать геометрически сложные детали с высокой точностью и снижением отходов материала, что особенно выгодно для аэрокосмической промышленности, стремящейся оптимизировать компоненты для снижения веса и повышения производительности. Возможность создания сложных решетчатых структур, невозможных при традиционном производстве, является ключевым преимуществом AM для облегчения конструкций.
Проблемы производства космической оптики весьма значительны, включая потребность в материалах, способных выдерживать экстремальные условия окружающей среды, такие как радиация, колебания температуры и вакуум. Хотя первые прототипы показали многообещающие результаты, наличие мелких пор и влияние HIP на шероховатость поверхности являются областями для дальнейшего совершенствования. Будущая работа, включая нанесение оптических покрытий, направлена на решение этих проблем, гарантируя, что эти зеркала будут соответствовать строгим требованиям для космических применений. Разработка этих легких зеркал для CubeSat является свидетельством инновационного потенциала передовых производственных технологий в обеспечении более сложных и доступных космических миссий.